CN104079079B - 谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法 - Google Patents

谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法。其中，谐振型非接触供电装置包括逆变器、发射侧谐振电路、接收侧谐振电路、整流电路和输出电容，在此基础上，通过在第一状态下保持逆变器接收的电能能够被传输到整流电路，在第二状态下使得逆变器接收的电能不能传输到所述整流电路，进而通过在第一状态和第二状态间切换，可以控制使得谐振型非接触供电装置输出相对恒定的电压，从而可以直接连接恒压型负载。

Description

谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法。
背景技术
非接触供电技术基于其方便实用的特点而广泛应用于电子产品领域，尤其是小功率电子产品行业如移动电话、MP3播放器、数码照相机、便携式电脑等。现有技术的谐振型非接触供电装置通常包含有一个由发射线圈L1和接收线圈L2构成的谐振与磁耦合电路，发射线圈L1与电能发射端的其它元件构成发射侧谐振电路，接收线圈L2与电能接收端的其它元件构成接收侧谐振电路。通过将发射侧谐振电路和接收侧谐振电路的谐振频率设置为相同，可以使得发射侧谐振电路谐振时，通过电磁场与发射侧谐振电路耦合的接收侧谐振电路也发生谐振，由此实现以非接触的方式传输电能。该谐振频率被称为自感谐振频率。
在工作在自感谐振频率下时，现有的谐振型非接触供电装置对负载输出一个相对恒定的电流，其等效于一个电流源，因此，谐振型非接触供电装置的输出不能应用于需要恒定电压的负载。
发明内容
有鉴于此，提供一种谐振型非接触供电装置、集成电路和恒压控制方法，使得其可以输出相对恒定的电压，以使得谐振型非接触供电装置可以直接连接需要恒定电压的负载。
第一方面，提供一种谐振型非接触供电装置，包括：
逆变器，接收电能，输出具有自感谐振频率的交流电；
发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于从所述逆变器接收所述交流电；
接收侧谐振电路，包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈分离地以非接触方式耦合，所述接收侧谐振电路用于从所述发射线圈接收电能；
整流电路，与所述接收侧谐振电路连接；
输出电容，并联连接在所述整流电路的输出端口；
状态切换电路，在第一状态下保持所述接收侧谐振电路对所述整流电路输出交流电，在第二状态下使得所述整流电路的输入端口接地；
控制电路，控制所述状态切换电路在第一状态和第二状态间切换，以使得所述整流电路的输出电压保持恒定。
优选地，所述状态切换电路包括：
第一开关，连接在所述整流电路的输入端口的第一端和接地端之间；
第二开关，连接在所述整流电路的输入端口的第二端和接地端之间；
所述控制电路用于根据反馈电压输出开关控制信号控制所述第一开关和第二开关同时导通和关断，所述反馈电压与所述整流电路的输出电压成比例。
优选地，所述控制电路在所述反馈电压增大时增大每个周期内所述第一开关和第二开关的导通时间，以减小电路处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时减小每个周期内所述第一开关和第二开关的导通时间，以增大电路处于第一状态的时间。
优选地，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入所述反馈电压和基准电压输出误差补偿信号；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
驱动电路，用于根据所述脉宽调制信号输出开关控制信号，控制所述第一开关和所述第二开关。
优选地，所述发射线圈和所述接收线圈被配置为在以预定的耦合度耦合且工作在所述自感谐振频率下时，所述发射线圈和所述接收线圈的互感感抗等于额定负载工作在第一状态时的等效负载阻抗。
第二方面，提供一种谐振型非接触供电装置，包括：
逆变器，在第一状态下接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下停止工作；
发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于从所述逆变器接收所述交流电；
接收侧谐振电路，包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈分离地以非接触方式耦合，所述接收侧谐振电路用于从所述发射线圈接收电能；
整流电路，与所述接收侧谐振电路连接；
输出电容，并联连接在所述整流电路的输出端口；
控制电路，控制所述逆变电路在第一状态和第二状态间切换，以使得所述整流电路的输出电压保持恒定。
优选地，所述控制电路根据反馈电压控制所述逆变电路在第一状态和第二状态间切换，在所述反馈电压增大时减小每个周期内所述逆变电路处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时增大每个周期内所述逆变电路处于第一状态的时间。
优选地，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入反馈电压和基准电压输出误差补偿信号，所述反馈电压与所述整流电路的输出电压成比例；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
逆变控制器，根据所述脉宽调制信号在第一状态和第二状态间切换，在第一状态下输出具有自感谐振频率的逆变控制信号，在第二状态下输出使所述逆变器停止工作的逆变控制信号。
优选地，所述发射线圈和所述接收线圈被配置为在以预定的耦合度耦合且工作在所述自感谐振频率下时，所述发射线圈和所述接收线圈的互感感抗等于额定负载工作在第一状态时的等效负载阻抗。
第三方面，提供一种集成电路，用于谐振型非接触供电装置，包括：
整流电路；
状态切换电路，在第一状态下保持所述接收侧谐振电路对所述整流电路输出交流电，在第二状态下使得所述整流电路的输入端口接地；
控制电路，控制所述状态切换电路在第一状态和第二状态间切换，以使得所述整流电路的输出电压保持恒定。
优选地，所述状态切换电路包括：
第一开关，连接在所述整流电路的输入端口的第一端和接地端之间；
第二开关，连接在所述整流电路的输入端口的第二端和接地端之间；
所述控制电路用于根据反馈电压输出开关控制信号控制所述第一开关和第二开关同时导通和关断，所述反馈电压与所述整流电路的输出电压成比例。
优选地，所述控制电路在所述反馈电压增大时增大每个周期内所述第一开关和第二开关的导通时间，以减小电路处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时减小每个周期内所述第一开关和第二开关的导通时间，以增大电路处于第一状态的时间。
优选地，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入所述反馈电压和基准电压输出误差补偿信号；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
驱动电路，用于根据所述脉宽调制信号输出开关控制信号，控制所述第一开关和所述第二开关。
第四方面，一种集成电路，用于谐振型非接触供电装置，包括：
逆变器，在第一状态下接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下停止工作；
控制电路，控制所述逆变电路在第一状态和第二状态间切换，以使得所述谐振型非接触供电装置的输出电压保持恒定。
优选地，所述控制电路根据反馈电压控制所述逆变电路在第一状态和第二状态间切换，在所述反馈电压增大时减小每个周期内所述逆变电路处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时增大每个周期内所述逆变电路处于第一状态的时间。
优选地，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入反馈电压和基准电压输出误差补偿信号，所述反馈电压与所述谐振型；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
逆变控制器，根据所述脉宽调制信号在第一状态和第二状态间切换，在第一状态下输出具有自感谐振频率的逆变控制信号，在第二状态下输出使逆变器停止工作的逆变控制信号。
第五方面，提供一种谐振型非接触供电装置的恒压控制方法，所述谐振型非接触供电装置包括逆变器、发射侧谐振电路、接收侧谐振电路、整流电路和输出电容，所述方法包括：
控制所述谐振型非接触供电装置在第一状态和第二状态间切换，以使得所述谐振型非接触供电装置的输出电压保持恒定；
其中，在第一状态下保持所述逆变器接收的电能传输到所述整流电路，在第二状态下停止对所述整流电路传输电能。
优选地，在第一状态下保持所述接收侧谐振电路对所述整流电路输出交流电，在第二状态下使得所述整流电路的输入端口接地。
优选地，在第一状态下控制所述逆变电路接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下控制所述逆变电路停止工作。
通过在第一状态下保持逆变器接收的电能能够被传输到整流电路，在第二状态下使得逆变器接收的电能不能传输到所述整流电路，进而通过在第一状态和第二状态间切换，可以控制使得谐振型非接触供电装置输出相对恒定的电压，从而可以直接连接恒压型负载。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明第一实施例的谐振型非接触供电装置的电路示意图；
图2是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的等效电路图；
图3是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路解耦后的等效电路图；
图4是图3所示等效电路工作在自感谐振频率下时的参数示意图；
图5是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的简化等效电路图；
图6是本发明第一实施例的谐振型非接触供电装置的原理示意图；
图7是本发明第二实施例的谐振型非接触供电装置的电路示意图；
图8是本发明第三实施例的谐振型非接触供电装置的恒压控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明第一实施例的谐振型非接触供电装置的电路示意图。如图1所示，谐振型非接触供电装置10包括逆变器11、发射侧谐振电路12、接收侧谐振电路13、整流电路14、输出电容Co、状态切换电路15和控制电路16。
在本实施例中，逆变器11、发射侧谐振电路12属于谐振型非接触供电装置10的电能发射端；接收侧谐振电路13、整流电路14、输出电容Co、状态切换电路15和控制电路16属于谐振型非接触供电装置10的电能接收端。
电能发射端和电能接收端通过发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13分离地以非接触方式耦合，从而实现电能传输。
其中，逆变器11接收电能输出具有自感谐振频率的交流电vac。
逆变器11可以是全桥式逆变电路、半桥式逆变电路以及其他任何公知的具有逆变功能的逆变器。
发射侧谐振电路12包括发射线圈L1，其用于从逆变器11接收所述交流电vac。为了平衡发射侧谐振电路13的漏感抗和接收侧谐振电路14的反射感抗以及电路中由寄生参数引起的感抗，消除高频下由于这些寄生参数存在而产生的电压尖峰和浪涌电流，减小电磁干扰和电源噪声并达到减小电源的视在功率，提高电源的功率因数，发射侧谐振电路13中可以加入发射侧谐振电容Cs，其与发射线圈L1串联或并联，以与发射线圈L1形成谐振电路。当然，本领域技术人员可以理解，在某些情况下可以利用电路的分布电容(例如发射线圈导线之间的分布电容)来做为发射侧谐振电容，从而不必在电路中设置独立的电容元件。
接收侧谐振电路13包括接收线圈L2，接收线圈L2与发射侧谐振电路12的发射线圈L2可以分离地以非接触方式耦合，接收侧谐振电路13用于从发射线圈L1接收电能。
同时，为了减小电能接收端消耗的无功功率，增大谐振与磁耦合电路传输的有功功率，接收侧谐振电路13可以加入接收侧谐振电容Cd。如上所述，接收侧谐振电容Cd可以利用电路其它元件的分布电容(例如线圈导线之间的分布电容)来实现，从而不必在电路中设置专门的电容元件。
发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13构成谐振与磁耦合电路。
图2是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的等效电路图，也即发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13的电路示意图。
如图2所示，发射线圈L1可以等效为第一理想线圈Ls以及线圈电阻Rs，同样，接收线圈L2可以等效为第二理想线圈Ld以及线圈电阻Rd。第一理想线圈Ls和第二理想线圈Ld相互耦合。在图2中，发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13均采用串联谐振的方式来组成谐振电路，其中，发射侧谐振电路12具有发射侧谐振电容Cs，接收侧具有接收侧谐振电容Cd。如上所述，发射侧谐振电容Cs和接收侧谐振电容Cd可以为集总元件或者利用其它元件的分布参数实现。
由此，谐振和磁耦合电路构成一互感耦合电路。
通常，为了使得发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13能够以谐振方式传递能量，两者具有相同的谐振频率，也即：
其中，fs为发射侧谐振电路12的谐振频率，fd为接收侧谐振电路13的谐振频率；Ls为第一理想线圈Ls的电感值，Ld为第二理想线圈Ld的电感值；Cs为发射侧谐振电容的电容值，Cd为接收侧谐振电容的电容值。
优选地，可以设置使得第一理想线圈Ls的电感值等于第二理想线圈Ld的电感值，并且发射侧谐振电容的电容值Cs等于接收侧谐振电容的电容值Cd，从而使得发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13谐振频率相同。
将上述谐振频率称为自感谐振频率。工作在上述谐振频率下时，发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13同时谐振，谐振和磁耦合电路中所有的电感和电容阻抗均相互抵消，系统具有很高的效率。
图3是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路解耦后的等效电路图。如图3所示，由于发射线圈L1和接收线圈L2的耦合存在漏感和互感，图2所示的谐振和磁耦合电路可以解耦等效为图3的形式，即，将相互耦合的理想线圈Ls和Ld解耦为发射侧漏电感Ls’、接收侧漏电感Ld’和互感LM。由此，图2所示的谐振和磁耦合电路可以进一步等效为图3所示的两端口网络。
图4是图3所示等效电路工作在自感谐振频率下时的参数示意图。如图4所示，当逆变电路11对发射侧谐振电路12输出具有自感谐振频率ω0的交流电vac时，图3中发射侧漏电感Ls’和发射侧谐振电容Cs的串联电路的等效阻抗为-jω0LM，由此，可以与互感的阻抗抵消，从而使得电能发射端输入端口的阻抗最小，发射侧谐振电路谐振。同时，接收侧漏电感Ld’和接收侧谐振电容Cd的串联电路的等效阻抗为-jω0LM，从而使得电能接收端输出端口的阻抗最小，接收侧谐振电路谐振。
此时，系统的效率η满足如下公式：
其中，RL为额定负载工作在第一状态时的等效负载阻抗。在Rs和Rd相等的前提下，根据上述公式，在满足ω0LM＝RL时，系统的效率η最大。由于发射线圈L1和接收线圈L2在正常使用状态下的耦合度也是相对固定的，因此，通过配置发射线圈L1和接收线圈的电感值，使得两者在以预定的耦合度耦合且工作在自感谐振频率ω0下时，使得发射线圈L1和接收线圈L2的互感感抗ω0LM等于额定负载工作在第一状态时的等效负载阻抗RL。由此，可以使得在第一状态下时，等效负载阻抗RL等于ω0LM，有效提高系统效率。
图5是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的简化等效电路图。在工作在自感谐振频率ω0下时，谐振型非接触供电装置10的谐振与磁耦合电路相对于在后的由整流电路14、输出电容Co和负载可等效为电流源A。由于整流电路14只进行交流-直流变换，并不调节电压和电流的幅值，因此，如果没有状态切换电路15，谐振型非接触供电装置10对于负载而言为一电流源。
整流电路14与接收侧谐振电路13连接，其可以将接收侧谐振电路13输出的交流电整流为直流电输出。
整流电路14可以是全桥整流电路也可以是半桥整流电路。
输出电容Co并联连接在整流电路14的输出端口，用于对输出的直流电进行滤波。
状态切换电路15可以在第一状态和第二状态间切换，从而使得整个谐振型非接触供电装置10在第一状态和第二状态下切换，其在第一状态下保持逆变器11接收的电能传输到整流电路14，在第二状态下停止对整流电路14传输电能。
具体地，在本实施例中，状态切换电路15设置在接收侧，在第一状态下保持接收侧谐振电路13对整流电路14输出交流电，在第二状态下使得整流电路14的输入端口接地。
如图1所示，为了实现上述功能，状态切换电路15可以包括第一开关S1和第二开关S2。其中，第一开关S1连接在整流电路14的输入端口的第一端和接地端之间；第二开关S2连接在整流电路14的输入端口的第二端和接地端之间。在第一状态下，第一开关S1和第二开关S2均关断，逆变电路11接收的电能可以通过谐振传输到整流电路14并输出；在第二状态下，第一开关S1和第二开关S2均导通，整流电路14的输入端口接地，流到整流电路14的输入端口的电流均流向接地端，没有电能输入到整流电路14。
控制电路16用于控制状态切换电路15在第一状态和第二状态间切换，以使得整流电路14的输出电压vout保持恒定。
具体地，控制电路16根据反馈电压vfb输出开关控制信号Q控制第一开关S1和第二开关S2同时导通和关断。
在本实施例中，反馈电压vfb可以通过一分压网络对整流电路14的输出电压vout(也即，谐振型非接触供电装置的输出电压)分压获得，其与输出电压vout成比例。
图6是本发明第一实施例的谐振型非接触供电装置的原理示意图。如图6所示，谐振与磁耦合电路被等效为电流源A，状态切换电路15连接在整流电路14的输入端口，也即电流源A的输出端口，控制使得该输入端口短接到地或保持正常状态。
控制电路16连接到状态切换电路15的控制端。控制电路16计算反馈电压vfb相对于基准电压vref的误差，进而获得补偿信号vc，将补偿信号vc与三角波信号vramp比较输出脉宽调制信号PWM，并基于脉宽调制信号PWM输出开关控制信号Q，控制状态切换电路15的第一开关S1和第二开关S2同时导通或关断。
控制电路16通过控制状态切换电路11处于第一状态的时间和处于第二状态时间之间的比值，可以使得整流电路14输出一个稳定的输出电压vout。在第一状态下，电能能够传递到整流电路14，在第二状态下，电能不能传递到整流电路14，整流电路输入电压为0，整流电路的输出被输出电容Co进行滤波平均后输出一个相对稳定的输出电压vout。
其中，控制电路16可以包括误差放大电路16a、比较器CMP和驱动电路DR。
误差放大电路16a输入反馈电压vfb和基准电压vref输出误差补偿信号vc。其中，其可以包括误差放大器EA和补偿电容Cc。在本实施例中，反馈电压vfb输入到误差放大器EA的反相输入端，参考电压vref输入到误差放大器EA的同相输入端。
比较器CMP用于比较误差补偿信号vC和三角波信号vramp输出脉宽调制信号PWM，脉宽调制信号PWM的占空比D随误差补偿信号vc变化，其频率与三角波信号vramp的频率相等。在本实施例中，误差补偿信号vc输入到比较器CMP的反相输入端，三角波信号vramp输入到比较器CMP的同相输入端。
当然本领域技术人员可以理解，在控制信号定义不同时，可以对上述信号输入关系进行调整，例如将三角波信号vramp输入反相输入端，而将误差补偿信号vc输入同相输入端。
驱动电路DR用于根据脉宽调制信号PWM输出开关控制信号Q，控制第一开关S1和第二开关S2。
由此，控制电路16形成一个负反馈的电压控制环路。在输出电压vout增大时，反馈电压vfb增大，使得补偿信号vc减小。由于比较器CMP输出的脉宽调制信号PWM在三角波信号vramp位于补偿信号vc下方时为低电平，在在三角波信号vramp位于补偿信号vc上方时为高电平，因此，补偿信号vc下降使得每个脉宽调制信号周期内高电平部分增多，低电平部分减少，也即，占空比D增加，因此，每个脉宽调制周期内第一开关S1和第二开关S2导通时间变长，也即，每个脉宽调制周期内电流源A对整流电路14供应电能的时间下降，由此使得单位时间内输入到整流电路14的电能减少，输出电压vout下降。
反之类似，在输出电压vout减小时，控制电路16减小脉宽调制信号PWM的占空比，从而提高单位时间内输入到整流电路14的电能，使得输入电压vout上升，从而保持输出电压的稳定。
以上以脉宽调制信号PWM为高电平时驱动电路DR对应输出的开关控制信号Q控制第一开关S1和第二开关S2导通为例进行说明。当然，也可以在脉宽调制信号PWM为低电平时使得驱动电路DR输出开关控制信号Q控制第一开关S1和第二开关S2导通，这时使得比较器的输入端调换即可，这属于本领域技术人员容易做出的等同替换。
同时，本领域技术人员可以理解，图1中所示的控制电路结构仅为示例，其可以被替换为各种现有电压负反馈控制回路，只要能够实现根据反馈电压调节脉宽调制信号的占空比,以控制电路处于第一状态和第二状态的时间比，进而保持输出电压恒定即可。
同时，开关控制信号Q的频率(也即脉宽调制信号PWM的频率)应小于自感谐振频率，由此使得状态切换不至于影响到发射侧谐振电路12和接收侧谐振电路13之间传递能量。
同时，本实施例的谐振型非接触供电装置10中的整流电路14、状态切换电路15和控制电路16可以被集成为集成电路，由此，在该集成电路基础上增加接收线圈和接收侧谐振电容等外围部件后即可搭建电能接收端。
通过在第一状态下保持逆变器接收的电能能够被传输到整流电路，在第二状态下使得逆变器接收的电能不能传输到所述整流电路，进而通过在第一状态和第二状态间切换，可以控制使得谐振型非接触供电装置输出相对恒定的电压，从而可以直接连接恒压型负载。
图7是本发明第二实施例的谐振型非接触供电装置的电路示意图。如图7所示，本实施例的谐振型非接触供电装置20包括逆变器21、发射侧谐振电路22、接收侧谐振电路23、整流电路24、输出电容Co和控制电路25。
发射侧谐振电路22、接收侧谐振电路23、整流电路24和输出电容Co的配置和连接关系与第一实施例中相同。
与第一实施例以及第二实施例不同，在本实施例中，没有设置状态切换电路，通过控制电路25控制逆变器21工作或者停止工作来控制是否让电能传输到整流电路。
具体地，逆变器21在第一状态下接收电能，输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下停止工作。
逆变器21可以是全桥逆变器，也可以是半桥逆变器。优选地，其可以为如图7所示的半桥逆变器，其包括第一逆变开关Si1和第二逆变开关Si2，第一逆变开关Si1连接在电源输入端和逆变器21输出端口的第一端之间，第二逆变开关Si2连接在逆变器21输出端口的第一端和第二端之间，通过控制第一逆变开关Si1和第二逆变开关Si2交替导通和关断，可以将电源输入端输入的直流电转变为交流电输出，该交流电的频率与逆变开关的开关频率相同。
控制电路25控制逆变电路21在第一状态和第二状态间切换，以使得整流电路24的输出电压vout(也即，谐振型非接触供电装置的输出电压)保持稳定。
其中，控制电路25包括误差放大电路25a、比较器CMP和逆变控制器25b。
误差放大电路25a输入反馈电压vfb和基准电压vref输出误差补偿信号vc。
在本实施例中，反馈电压vfb可以通过一分压网络对整流电路24的输出电压vout(也即，谐振型非接触供电装置的输出电压)分压后，将相关信息vfb’通过无线通信电路com由电能接收端发送到电能发射端后生成获得，其与输出电压vout成比例。
比较器CMP用于比较误差补偿信号vc和三角波信号vramp输出脉宽调制信号PWM。
逆变控制器25b根据脉宽调制信号PWM在第一状态和第二状态间切换。其在第一状态下输出具有自感谐振频率的逆变控制信号，在第二状态下输出使所述逆变器停止工作的逆变控制信号。优选地，可以在逆变控制器25b设置使能端，该使能端输入脉宽调制信号PWM,根据脉宽调制信号PWM,逆变器25b位于第一状态(工作状态)或第二状态(非工作状态)。
在逆变控制器25b工作时，其按预定配置输出频率为自感谐振频率的逆变控制信号，使得逆变器21输出交流电，该交流电使得发射侧谐振电路22谐振，从而将电能传递到接收侧谐振电路23，进而传递到整流电路24输出。
在逆变控制其25b停止工作时，其不输出交流电，由此电能无法通过发射侧谐振电路22传递到整流电路24。
由此，控制电路25形成一个负反馈的电压控制环路。在输出电压vout增大时，反馈电压vfb增大，由此使得补偿信号vc减小。由于比较器CMP输出的脉宽调制信号PWM在三角波信号vramp位于补偿信号vc上方时为低电平，在在三角波信号vramp位于补偿信号vc下方时为高电平(在图7中，三角波信号vramp输入到比较器25a的反相输入端，而误差补偿信号vc输入到比较器25a的同相输入端)，因此，补偿信号vc下降使得每个脉宽调制信号周期内低电平部分增多，高电平部分减少，也即，占空比D减小，因此，每个脉宽调制周期内逆变器21的工作时间变短，也即，每个脉宽调制周期内对整流电路24供应电能的时间下降，由此使得单位时间内输入到整流电路24的电能减少，输出电压vout下降。
反之类似，在输出电压vout增大时，控制电路25增大脉宽调制信号的占空比D，从而提高单位时间内输入到整流电路24的电能，使得输入电压vout上升，从而保持输出电压的稳定。
以上以脉宽调制信号PWM为高电平时，逆变控制器处于工作状态(第一状态)为例进行说明。当然，也可以在脉宽调制信号PWM为低电平时使得逆变控制器处于工作状态(第一状态)，这时使得比较器的输入端调换即可，这属于本领域技术人员容易做出的等同替换。
同时，本领域技术人员可以理解，图7中所示的控制电路结构仅为示例，其可以被替换为各种现有电压负反馈控制回路，只要能够实现根据反馈电压调节脉宽调制信号的占空比,控制电路处于第一状态和第二状态的时间比，进而保持输出电压恒定即可。
同时，脉宽调制信号PWM的频率应小于自感谐振频率，由此使得状态切换不至于影响到发射侧谐振电路22和接收侧谐振电路23之间传递能量。
同时，本实施例的谐振型非接触供电装置20中的逆变电路21和控制电路25可以被集成为集成电路，由此，在该集成电路基础上增加发射线圈和发射侧谐振电容以及无线信号接收器等外围部件后即可搭建电能发射端。
通过在第一状态下保持逆变器接收的电能能够被传输到整流电路，在第二状态下使得逆变器不接收电能或其接收的电能不能传输到所述整流电路，进而通过在第一状态和第二状态间切换，可以控制使得谐振型非接触供电装置输出相对恒定的电压，从而可以直接连接恒压型负载。
本实施例可以进一步减少器件数量，降低电路成本。
图8是本发明第三实施例的谐振型非接触供电装置的恒压控制方法的流程图，其中，所述谐振型非接触供电装置包括逆变器、发射侧谐振电路、接收侧谐振电路、整流电路和输出电容。如图8所示，所述方法包括：
控制所述谐振型非接触供电装置在第一状态和第二状态间切换，以使得所述谐振型非接触供电装置的输出电压保持恒定。
其中，在第一状态下保持所述逆变器接收的电能传输到所述整流电路，在第二状态下停止对所述整流电路传输电能。
其中，所述切换可以由一脉宽调制信号控制，通过调节脉宽调制信号的占空比来调节使得输出电压保持稳定。
在一个优选实施方式中，在第一状态下保持所述接收侧谐振电路对所述整流电路输出交流电，在第二状态下使得所述整流电路的输入端口接地。
在另一个优选实施方式中，在第一状态下控制所述逆变电路接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下控制所述逆变电路停止工作。
通过在第一状态下保持逆变器接收的电能能够被传输到整流电路，在第二状态下使得逆变器接收的电能不能传输到所述整流电路，进而通过在第一状态和第二状态间切换，可以控制使得谐振型非接触供电装置输出相对恒定的电压，从而可以直接连接恒压型负载。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种谐振型非接触供电装置，包括：
逆变器，在第一状态下接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下停止工作；
发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于从所述逆变器接收所述交流电；
接收侧谐振电路，包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈分离地以非接触方式耦合，所述接收侧谐振电路用于从所述发射线圈接收电能；
整流电路，与所述接收侧谐振电路连接，并且提供输出电压；
输出电容，并联连接在所述整流电路的输出端口；
控制电路，根据所述输出电压的反馈电压控制所述逆变器在第一状态和第二状态间切换，以使得所述输出电压保持恒定。
2.根据权利要求1所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述控制电路在所述反馈电压增大时减小每个周期内所述逆变器处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时增大每个周期内所述逆变器处于第一状态的时间。
3.根据权利要求1所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入反馈电压和基准电压输出误差补偿信号，所述反馈电压与所述整流电路的输出电压成比例；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
逆变控制器，根据所述脉宽调制信号在第一状态和第二状态间切换，在第一状态下输出具有自感谐振频率的逆变控制信号，在第二状态下输出使所述逆变器停止工作的逆变控制信号。
4.根据权利要求1所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述发射线圈和所述接收线圈被配置为在以预定的耦合度耦合，且工作在所述自感谐振频率下时，所述发射线圈和所述接收线圈的互感感抗等于额定负载工作在第一状态时等效负载阻抗。
5.一种集成电路，用于谐振型非接触供电装置提供输出电压，包括：
逆变器，在第一状态下接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下停止工作；
控制电路，根据所述输出电压的反馈电压控制所述逆变器在第一状态和第二状态间切换，以使得所述输出电压保持恒定。
6.根据权利要求5所述的集成电路，其特征在于，所述控制电路在所述反馈电压增大时减小每个周期内所述逆变器处于第一状态的时间，在所述反馈电压减小时增大每个周期内所述逆变器处于第一状态的时间。
7.根据权利要求5所述的集成电路，其特征在于，所述控制电路包括：
误差放大电路，输入反馈电压和基准电压输出误差补偿信号，所述反馈电压与所述谐振型；
比较器，用于比较所述误差补偿信号和三角波信号输出脉宽调制信号；
逆变控制器，根据所述脉宽调制信号在第一状态和第二状态间切换，在第一状态下输出具有自感谐振频率的逆变控制信号，在第二状态下输出使逆变器停止工作的逆变控制信号。
8.一种谐振型非接触供电装置的恒压控制方法，所述谐振型非接触供电装置包括逆变器、发射侧谐振电路、接收侧谐振电路、整流电路和输出电容，所述逆变器输出自感谐振频率的交流电，所述整流电路提供输出电压，所述方法包括：
根据所述输出电压的反馈电压控制所述谐振型非接触供电装置在第一状态和第二状态间切换，以使得所述输出电压保持恒定；
其中，在第一状态下控制所述逆变器接收电能输出具有自感谐振频率的交流电，在第二状态下控制所述逆变器停止工作。
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Address after: 210023 Xu Zhuang Software Park, 699-27 Xuanwu Avenue, Xuanwu District, Jiangsu, Nanjing Province, Room 302, B District, F building, three District, China

Patentee after: Nanjing Sili Microelectronics Technology Co., Ltd

Address before: 210023 Xu Zhuang Software Park, 699-27 Xuanwu Avenue, Xuanwu District, Jiangsu, Nanjing Province, Room 302, B District, F building, three District, China

Patentee before: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.